رایانه فکر شما را می‌خواند

 به نیروی بالقوه‌ای بیندیشید که می‌تواند دستگاه‌ها‌ یا رایانه‌ها را بدون نیاز به هیچ چیز و فقط با فکر کنترل کند. این فقط برای راحتی افراد ناتوان نیست بلکه ایجاد واسط بین مغز و رایانه (brain-computer interface) که به اختصار BCI گفته می‌شود، می‌تواند مهم ترین پیشرفت غیرمنتظره تکنولوژی در دهه‌های اخیر باشد.

نحوه کار BCI به چگونگی عملکرد مغز ما برمی‌گردد. مغز ما پر از نرون است؛ سلول‌های عصبی به‌سیله دندریت‌ها‌ و آکسون‌ها ‌با یکدیگر ارتباط دارند. هرگاه که ما فکر، حرکت یا حس می‌کنیم یا چیزی را به خاطر می‌آوریم، نرون‌های ما درحال کار هستند. این کار توسط سیگنال‌های الکتریکی کوچکی انجام می‌شود که با سرعتی برابر 250 مایل بر ساعت ـ حدود km‌/‌h 156 ـ از نرونی به نرون دیگر حرکت می‌کنند [منبع: Walker]. این سیگنال‌ها با انرژی الکتریکی متفاوت توسط یون‌ها روی غشای هر نرون تولید می‌شوند.

اگرچه مسیر این سیگنال‌ها با میلین(myelin) عایق‌بندی شده است، اما بعضی از سیگنال‌های الکتریکی می‌گریزند. دانشمندان می‌توانند این سیگنال‌ها را پیدا کنند، آنها را تفسیر کرده و برای کنترل بعضی از دستگاه‌ها استفاده کنند. برای مثال، محققان می‌توانند تشخیص دهند که چه سیگنال‌هایی هنگام دیدن رنگ قرمز به وسیله عصب بینایی برای مغز ارسال می‌شود. آنها می‌توانند دوربینی را بسازند که هنگام مشاهده رنگ قرمز سیگنال مشابهی به مغز ارسال کند تا فرد رنگ قرمز را بدون استفاده از چشم‌ها ببیند.

امروزه یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش‌روی دانشمندان در مورد واسط بین مغز و رایانه، مکانیزم اصلی این واسط است. آسان‌ترین و  کم‌تهاجم‌ترین روش، استفاده از یک دسته الکترود ـ دستگاه ثبت امواج الکتریکی مغز به وسیله برق (electroencephalograph) (EEG) ـ روی پوست سر است. این الکترودها می‌توانند سیگنال‌های مغز را بخوانند. البته جمجمه مانع رسیدن بسیاری از سیگنال‌های الکتریکی به الکترودها می‌شود، که این باعث کج فهمی سیگنال‌های دریافتی است.

برای دریافت سیگنالی با وضوح بالاتر، دانشمندان می‌توانند الکترودهایی را مستقیما در سلول‌های خاکستری مغز یا روی سطح مغز، زیر جمجمه قرار دهند. این کار اجازه می‌دهد تا سیگنال‌های بیشتری را مستقیما دریافت کنیم و همچنین اجازه می‌دهد تا الکترودها را در محل خاصی از مغز که سیگنال‌های مناسب را تولید می‌کند، قرار دهیم. این شیوه مشکلات بسیاری دارد ؛ چرا که برای این کار نیاز به یک عمل جراحی است تا الکترودها درون مغز قرار گیرند، به همین دلیل دستگاه برای مدت طولانی درون مغز می‌ماند که باعث ایجاد زخم در ماده خاکستری مغز می‌شود. در نهایت این بافت زخم مانع عبور سیگنال‌ها می‌شود.

صرف نظر از محل الکترودها، ساز و کار اصلی همان است: الکترودها تفاوت جزئی ولتاژ بین نرون‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند، سپس سیگنال تقویت و فیلتر می‌شود. در سیستم‌های BCI فعلی، این سیگنال توسط برنامه رایانه تفسیر می‌شود.

در مورد یک ورودی حسی BCI، عملکرد معکوس است. رایانه تصویری را که به وسیله دوربین ویدئویی دیده شده است به سیگنال‌هایی با ولتاژ مناسب تبدیل می‌کند. سیگنال‌ها به ایمپلنتی که به محلی مناسب در مغز قرار دارد ارسال می‌شوند و اگر همه چیز درست کار کند، نرون‌ها شروع به ارسال سیگنال می‌کنند تا تصویری نظیر آنچه دوربین دیده است دریافت شود.

راه دیگر برای اندازه‌گیری فعالیت مغز استفاده از MRI است. دستگاه MRI بزرگ و پیچیده است. این دستگاه تصویر بسیار دقیقی از فعالیت‌های مغز ارائه می‌کند ؛ اما نمی‌توان آن را به عنوان بخش دائمی BCI استفاده کرد. محققان آن را برای گرفتن معیارهایی درباره عملکرد خاصی از مغز یا پیدا کردن محل مناسب برای نصب الکترودها به کار می‌گیرند. برای مثال، اگر محققان بخواهند در مغز شخصی این الکترودها را قرار دهند تا او بتواند دست مصنوعی خود را با فکر کردن کنترل کند، از MRI استفاده می‌کنند. آنها شخص مورد نظر را در MRI قرار می‌دهند و از او می‌خواهند تا درباره حرکت دادن یک دست واقعی فکر کند. MRI نشان خواهد داد که کدام بخش مغز هنگام حرکت دست فعال است و محل مناسب برای نصب الکترودها کجاست.

تا مدت‌ها این‌گونه تصور می‌شد که مغز افراد بالغ، دیگر دچار تغییر و تحول نمی‌شود. در دهه 1990، دانشمندان نشان دادند که مغز انسان حتی در سن پیری نیز قابل تغییر است. این مفهوم، که غشای انعطاف‌پذیر(cortical plasticity) نامیده می‌شود، به این معناست که مغز می‌تواند به صورت شگفت‌آوری با شرایط محیطی جدید سازگار شود. چنانچه یک فرد بالغ دچار ضربه مغزی شود، قسمت‌ها‌ی دیگر مغز می‌تواند کارهای مربوط به بخش آسیب دیده را انجام دهد. چرا این موضوع برای BCI مهم است؟ این به آن معناست که شخص می‌تواند یاد بگیرد BCI را کنترل کند، مغزش ارتباطات جدیدی ایجاد می‌کند و نرون‌های جدیدی را به کار می‌گیرد. در جایی که از ایمپلنت استفاده می‌شود، مغز می‌تواند این جسم خارجی را بپذیرد و ارتباط تازه‌ای ایجاد کند تا ایمپلنت به عنوان قسمتی از دستگاه عصبی مغز کار کند.

اکنون ما اصول پایه‌ای را که در پشت BCIها وجود دارند می‌دانیم، همچنین می‌دانیم که آنها کاملا درست کار نمی‌کنند. دلایل متعددی برای این موضوع وجود دارد.

1ـ مغز به صورت باور نکردنی پیچیده است. این که گفته شود تمام افکار و فعالیت‌های ما ناشی از سیگنال‌های الکتریکی ساده‌ای است، یک کتمان حقیقت خواهد بود. در مغز انسان حدود 100 بیلیون ـ یک با بیست صفر در جلوی آن ـ نرون وجود دارد. هر نرون دائما درحال ارسال و دریافت سیگنال‌هایی است که شبکه ارتباطی پیچیده‌ای را طی کرده‌اند.

2ـ سیگنال‌ها ضعیف و مستعد ایجاد تداخل هستند. EEG ـ دستگاه ثبت امواج الکتریکی مغز ـ ولتاژهای کم را اندازه‌گیری می‌کند. چیزی بسادگی پلک زدن می‌تواند سیگنال‌هایی بسیار قوی تولید کند. پالایش EEG‌ها و ایمپلنت‌ها شاید بتواند این مشکل را تا حدی در آینده حل کند، اما اکنون خواندن سیگنال‌های مغزی مانند گوش کردن یک ارتباط تلفنی بد است.

3ـ تجهیزات چندان قابل حمل نیستند. البته این بهتر از کار کردن با رایانه‌های غول‌پیکر اولیه است. اما هنوز بعضی از BCI‌ها به تجهیزات ارتباط سیمی نیاز دارند و آنهایی که بی‌سیم هستند نیاز به یک رایانه 10 پوندی ـ حدود 5‌/‌4 کیلوگرم ـ دارند. مانند تمام تکنولوژی‌ها، یقینا این فناوری در آینده بی‌سیم و قابل حمل‌تر می‌شود.

چند شرکت در زمینه BCI پیشگام هستند. بیشتر آنها، اکنون در مرحله تحقیقات‌اند، اگرچه چند محصول تجاری ارائه شده است.

1ـ سیگنال‌های عصبی یک فناوری پیشرفته برای بازگرداندن توانایی حرف زدن به افراد معلول است. ایمپلنتی که در منطقه مربوط به سخن گفتن مغز قرار دارد می‌تواند سیگنال‌ها را برای رایانه و بعد از آن برای بلندگو ترجمه کند. با آموزش، فرد یاد می‌گیرد که به هر 39 واج انگلیسی بیندیشد و سخنان او توسط رایانه و بلندگو باز‌آفرینی شود.

2ـ ناسا درحال تحقیق درباره سیستم مشابهی است، البته ناسا سیگنال‌ها را به جای دریافت مستقیم از مغز، از اعصاب دهان و گلو دریافت می‌کند. آنها در انجام جستجوی وب در گوگل با استفاده از تایپ ذهنی کلمه «ناسا» موفق بوده‌اند.

3ـ Cyberkinetics واسط عصبی است که به معلولان اجازه می‌دهد صندلی چرخدار، اعضای مصنوعی یا مکان نمای رایانه را به صورت ذهنی کنترل کنند. BCI هنوز در اول راه است. می‌توان با این فناوری آینده‌ای را تصور کرد که در آن افراد معلول قادر خواهند بود زندگی طبیعی داشته باشند و برای افراد عادی کنترل بسیاری از دستگاه‌ها فقط با نیروی ذهن امکان‌پذیر باشد.

مطهره وجیهی